Industriell energieffektivisering. Industriell energieffektivisering. Fyra principiellt olika sätt att minska industriella energikostnader

Transkript

1 Industriell energieffektivisering Ingenjören och ekonomen En ingenjör och en ekonom vandrar gatan fram. Ingenjören får syn på en hundrakronorssedel som ligger i rännstenen och säger detta. Naturligtvis inte, säger ekonomen. Om det hade legat en sedel där så hade någon redan plockat upp den! Mats Söderström Industriell energieffektivisering Innehåll Hur minska energikostnader? Energikartläggningsmetodik Enhetsprocesser Mats Söderström INDUSTRIELL ENERGIANVÄNDNING Energianvändningen är föränderlig på längre sikt, dynamisk på kort sikt och beroende av många faktorer. Energianvändningen är ungefär 155 TWh. Av detta är 56 TWh elenergi och 56 TWh bioenergi. Energianvändningen fördelas på produktionsprocesser och stödprocesser. Stödprocesserna dominerar i icke-energiintensiv industri De viktigaste drivkrafterna för energieffektivisering är minskad miljöpåverkan och ökad ekonomisk vinst Minskad energikostnad kan uppnås på tre sätt: effektivare teknik, laststyrning eller byte av energibärare Tänk livscykelkostnadsperspektiv vid investeringar Verkningsgraden för många processer är mycket låg i jämförelse med teoretiskt minimum Teknisk-ekonomiska potentialer för energieffektivisering är mycket stora, hålls tillbaka av olika slags hinder och drivs på av olika drivkrafter Fyra principiellt olika sätt att minska industriella energikostnader Energieffektiv teknik Laststyrning Byte av energibärare Energieffekivt beteende Nästan alla företag kan öka sin vinst genom energiåtgärder 1

2 Energy Efficiency - The Balance Ökad vinst Effektivare energianvändning Minskad miljöpåverkan Energy Supply MegaWatts Energy Service Efficiency Increase NegaWatts NORDPOOL SPOT PRICE Fråga Varför? 5 gånger Period ending October 1, 2009 [SEK/MWh] Ett sätt att öka medvetenheten. Ventilationssystembild Exampel på 5 frågor om ventilation 1. Varför finns det en fläkt här? 2. Varför är fläkten så här stor när produktionen har minskat? 3. Varför är fläkten alltid igång? 4. Varför har vi ingen värmeväxling? 5. Varför finns det ingen tidsstyrning som stänger av fläkten när det inte finns något ventilationsbehov? Everyday information at PROJECT PLANNING-LIFE CYCLE COSTS LIFE CYCLE COST Don t miss the opportunity when planning. Costs I n v e s t m e n t 8 % M a i n t e n a n c e 4 % Opportunity! Good possibilities to influence future costs. Small opportunities to affect costs. Project planning Purchase Costs for energy and maintenance Time Energy cost 8 8 % 2

3 Tre sätt att påverka energikostnader Påverkan på varaktighetskurvan Energieffektivitet Energieffektiv teknik i produktionsprocesser Före Efter Byte av energibärare Laststyrning Energieffektiv teknik i lokalvärme Laststyrning Elproduktionskostnader Effektkurva öre/kwh Nordiska elmarknaden Vem betalar för vad till vem? Gas turbines (condensing) Coal (condensing) CHP (district heating) Wind Hydro CHP Nuclear (industry) TWh Demand TARIFF COMPARISON Heat Balance of a house Sweden, this case: 350 SEK/kW 1 hour demand Average of 4 monthly maximum values (Nov-Mar) Germany 800 SEK/kW 30 minute demand Average of 3 monthly maximum values Italy: 700 SEK/kW 15 minute demand One single maximum in the year Heat supply (e g boiler) + + stored heat + +free heat (people, appliances) EQUALS Heat losses through walls + +Heat losses through ventilation+ +Heat losses domestic hot water 3

4 Exampel på industriell energieffektivitet ytbehandling Exempel på industriell energieffektivitet - belysning Den nya ytbehandlingslinjen var inte tät vilket ledde till läckage. Genom att installera ett lock på de tre 95 C-baden när linjen inte är i drift, sparades 15% av företagets elanvändning (160 MWh/år) T5-rör med HF (högfrekvens) drift är ett energieffektivt val En svensk fordonstillverkare installerade T5 och målade om i ljusa färger. Resultat: från W/m2 till 3.1 W/m2 Lämpligt om det inte är mycket varmt eller smutsigt 9/30/09 Sid 19 Linköpings universitet 9/30/09 Sid 20 Linköpings universitet Energy economizing: some measures Exempel på industriell energieffektivitet Lighting: Highly efficient equipment (3W/m2) Ventilation: according to real needs, automatic turn off at no production Compressed air: If possible replace with direct driven equipment Energy use at no production: Check and minimize Electric motors: variable drives Load management Thermal processes: Conversion from electricity to fuels Systemtänkande är ett måste Elenergi byts mot olja Olja byts mot fjärrvärme Isolering av tak i en energiintensiv industri där man har stora värmeförluster till byggnaden? Tropikfläktar om man har deplacerande ventilationsystem? Kompressordriven kyla när fjärrkyla finns tillgänglig? 9/30/09 Sid 22 Linköpings universitet Energikartläggning ENERGIANALYS Ekonomisk Energianvändning Översiktlig Detaljerad Processer Installationer Byggnader Kartläggning Data från economisk redovisning, produktionsplanering, maskin specifikationer, korttidsmätningar, kontinuerliga mätningar Resultat i form av energianvändning fördelat på processer och produkter och över tiden, nyckeltal Förbättringsförslag Möjligheter för energieffektiv teknik, laststyrning och byte av energibärare Ekonomiska effekter av åtgärdsförslag Miljömässiga effekter av åtgärdsförslag Systemanalys Samspel mellan åtgärder Effekter av förändrade energipriser, råmaterialpriser, skatter och avgifter Produktionsplanering och energianvändning 4

5 ALLOCATION OF PURCHASED ENERGY LOAD OVER THE YEAR Energy Allocation of energy Allocation of cost Climate Production Base load TERMINATION OF A STEAM DISTRIBUTION SYSTEM Typical energy use in some branches [%] Energy use, kwh/kg rubber 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Measures during the year: Elec. Elec. Elec. Elec None App. 50% of the steam 1.The rest is converted to None heated vulcanizing electricity or heating with presses are converted to smaller hot oil units electricity instead of 2.A minor electric steam steam. boiler (300 kw) is installed for the calender and autoclave press 25 GWh 10 GWh 90TJ 3.A central steamsystem is terminated. A hot water 36 TJ boiler is installed. 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Decreased costs, app. 0,7 SEK/kg rubber as a result of a more efficient energy use Fuel 72 Electricity 28 Flue gas 19 Slaughterhouse Fuel 27 Air 54 Water 27 Electricity 73 Flue gas 5 Heat treatment Fuel 16 Electricity 84 Air 75 Water 20 Flue gas 4 Plastic industry Air 76 Water 20 GUSTAVSBERG, AN APPROXIMATE LOAD To measure is to know William Thomson, Lord KELVIN, professor in Glasgow 1st and 2nd laws of thermodynamics Temperature scale Total power demand from the meter Car heaters, lighting, ventilators, pumps, compressors Staining equipment, grinders, mixers, bath tub press Ovens, BKF Ovens, SPF Electric boilers 5

6 1 Total Plant Electricity Supply April 2000 Support Processes Electricity Use March 2000 Effekt [kw] Totaleffekt [kw], [kvar] Aktiv Reaktiv Tid [h] Tid [h] Specific Energy use Energikartläggning - Top Down Specifik energianvändning [MWh/ton] 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Produktion [ton/månad] Basic analysis Purchased energy, divided in electricity, oil, gas, biofuels etc - Quantities - Costs - Distribution over the year Mainly based on information from the economic accounts Energy use of production processes and support processes Type of energy, costs and their distribution in time The energy use is broken down into part of industry, process or part of process, to the level that is considered necessary Specific key numbers of energy use Enhetsprocesser Enhetsprocesser En Enhetsprocess definieras av den energitjänst som ska genomföras Industriella processer delas in i två kategorier : Produktionsprocesser De processer som behövs för att framställa produkterna Stödprocesser De processer som behövs för att stödja produktionsprocesserna men som inte behövs för produktionen Produktions processer Sönderdelning Blandning Avverkning Hopfogning Ytbeläggning Formning Värmning Smältning Torkning/Koncentrering Kylning/Frysning Förpackning 9/30/09 Sid 35 Linköpings universitet 9/30/09 Sid 36 Linköpings universitet 6

7 Enhetsprocesser Enhetsprocesser Stödprocesser Belysning Tryckluft Ventilation Pumpning Lokalkomfort Tappvarmvatten Interntransporter Energianvändningens byggstenar Möjliggör jämförelser av processer Kan användas för modellering av energianvändning 9/30/09 Sid 37 Linköpings universitet 9/30/09 Sid 38 Linköpings universitet UNIT PROCESS TABLE OF BRANCHES (1) UNIT PROCESS TABLE OF BRANCHES (2) Branch Mines Unit processes Production processes Decomposition Mixing Cutting Joining Coating Forming Heating Melting Drying/ Concentration Cooling/ Freezing Packing Branches Mines Unit processes Support processes Lighting Compressed air Ventilation Pumping Comfort Hot water Internal transports Food Food Textile Textile Wood Wood Pulp and paper Pulp and paper Chemical Chemical Earth and stone Iron and steel Engineerin g Earth and stone Iron and steel Engineering Other Other Energitjänst UNIT PROCESS TABLE OF BRANCHES (1) Branch Unit processes Energtjänst -> Energibehov -> Energitillförsel Production processes Decomposition Mixin Cutting g Joining Coating Forming Heating Melting Drying/ Concentration Cooling/ Freezing Packing Mines Food Förändrat behov av energitjänster Förändrat energibehov Förändrad energitillförsel Textile Wood Pulp and paper Chemical Earth and stone Iron and steel Engineerin g Other 7

8 Träindustri Sönderdelning av timmer Sönderdelningsprocesser använder 0,9 PJ elenergi A B Processteknik Ramsåg Bandsåg Cirkelsåg Möjligheter Byte av energibärare: Laststyrning: Motordriven process Kräver mellanlagring och/eller Automation Decomposition with block sawing method Energieffektiv teknik: Skärgeometrier Drivmotorer Tomgång Råmaterial anpassat till produkten ( 0,15-0,2 PJ ) Materialutnyttjande för olika sågmetoder Mat. Eff. Treetop-Root ( % ) Trapezoid sawing Bilder på normalsågat och vinkelsågat 70,0 60,0 Angular sawing Block sawing 50,0 40,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 Treetop diameter ( cm ) CHARACTERISTICS OF AN EFFICIENT PROCESS Technology and process choice Goal of the process: The process does this and nothing else Local treatment Few energy conversions Operation Operate the process at the design level, fully load thermal processes Shut down processes that are not filled with products Energy distribution Efficiency from the energy supplied (purchased) to the plant to the energy supplied to the energy end use (process) INDUSTRIELL ENERGIANVÄNDNING Energy use is changeable in the long run, dynamic in the short runs and dependant on many factors The energy use is approximately 155 TWh of which 56 TWh is electricity and 56 TWh is bioenergy The energy use is divided in processes for production and support. The processes for support are often the dominating energy users in industries The primary driving forces of working with energy economising are decreased environmental impact and increased profits Energy economising can be pursued in three ways: efficiency, load management and conversion of energy sources The life cycle perspective is important when purchasing The efficiency is, in many processes, very low in comparison with theoretical minimum Technical-economical potentials for economising are large but held back by, for instance, system relations, traditions, lack of time and that energy is not the core business 8

9 Industriell energieffektivisering Tack för uppmärksamheten! Mats Söderström 9